医学院校单片机综合实验教学研究与实践

杨风健，霍旭阳，李洪亮，齐秋菊

(吉林医药学院医学工程创新训练中心，吉林 吉林 132013)

在新工科背景下，对高校工科专业人才培养提出了新要求。“单片机综合实验”是电子相关专业学生的重要实践课程，起着承上启下的作用，专业性及实践性均较强，涉及知识面广，学习难度较大。本文针对医学院校内工科专业学生特点，分析学生学习现状，对“单片机综合实验”教学内容进行了探索改进。现将实验设计方案与教学改进效果与大家分享。

1 教学分析

1.1 课程概况

在本校生物医学工程专业的课程设置中，“单片机综合实验”是“单片机技术与应用”课程的后续课程，是一门独立设置的实验课，共32学时，2门课程均在大二上学期授课。“单片机综合实验”的课程目的是强化单片机理论基础知识并学以致用，提升学生编程能力及电子产品的开发设计能力。

1.2 学情分析

本校生物医学工程专业是医学院校背景下的工科专业，经过近几年的调研发现，多数学生并非通过一志愿报考录取，而是报考了医学相关专业。由于部分同学采取服从调剂的报考策略或者对生物医学工程专业的认知不足，最终进入本专业学习，学习过程中发现与自己预期的医学专业有较大差距，而是从事理工科专业的学习，便会在心理产生一定的抵触情绪，学习积极性受到很大影响。

2 传统单片机实验教学的不足

2.1 实验过程操作繁琐

“单片机综合实验”一般是基于51单片机进行实验教学。而51单片机下载程序需要采用冷启动的方式，不具有在线调试的功能，学生在开发过程中需要反复下载和验证程序。而在硬件操作和调试过程中经常出现不可预知的问题，给实验的顺利进行制造了很多障碍，不利于学生专心完成程序设计工作，导致效率低下，浪费了宝贵的课堂学习时间。

2.2 难度偏高，学生兴趣不足

由于医学院校学生的理工科基础相对薄弱，对于难度较大的工科实验课程，主观上会产生畏难情绪，不利于课程的开展。同时实验内容晦涩难懂，脱离实际生活，使得学生对实验内容的理解不够透彻，更难以调动其学习的热情和兴趣。

2.3 内容不能匹配工程需求

由于学生缺乏编程经验，编写程序的方式五花八门，缺乏规范，程序晦涩难懂，难以维护，一旦进入实际工作岗位之后会发现与企业的要求有较大差距，造成脱节的现象。因此在平时的教学过程中应该提前渗透相关的工程要求，提升代码编写的规范性、可读性、可维护性，贴近实际工作的要求，为日后的工作打下良好基础。

3 虚实结合的项目式教学方案设计

3.1 以兴趣为引导

教学内容的安排以趣味性、实用性为总体原则，并要求考查知识相对全面。本课程中共设置了3个实验任务，分别是电子时钟、秒表和电压表的设计。这三个项目同学们很容易理解和接受，在实际的生活和学习中经常用到，大家对其功能及实现方法相对熟悉，容易激发学习的兴趣和调动学习的积极性。

3.2 虚实结合为手段

为解决频繁向单片机下载程序以及51单片机无法在线调试程序的问题，实验中采用proteus仿真软件进行程序的调试和验证。当仿真实验调试无误时，再将程序下载到实际单片机中进行验证，节省课堂时间，学生得以集中精力编写程序并解决问题。

3.3 项目式教学为载体

本实验课程采用的项目式教学，共设置了3个项目。第一个项目由指导教师带领全体同学共同完成，按照实际项目开发的过程及规范，从需求分析开始，到最终实物验证、功能检查。指导教师带领学生完成第一个项目的过程中，需要详细讲解完成项目的步骤和思路，在实验指导过程中发现学生存在的共性问题时，需要及时进行纠正和讲解。剩余两个项目以学生自行设计完成为主，教师解决问题和指导为辅。

3.4 工程需求为规范

程序撰写要求同学按照以下原则进行编写：①底层驱动源码分单元进行编写。对底层驱动程序按单元划分，提升程序的可移植性和可维护性；②主程序架构采用基于定时器中断的任务式编程结构。程序初始化时为每个任务分配其执行的时间间隔，利用定时中断回调的方式，按照时间间隔循环启动各个任务；③核心代码采用状态机编程方式，状态机编程可将复杂程序简单化，有助于厘清程序思路，便于维护和调试。

4 教学效果

为了真实反映学生的编程能力及实践水平，采用现场随机抽题的方式进行上机考试，完成具有一定功能的编程题目，根据学生的完成时间、功能实现完整度及代码编写质量进行评价。考核结果表明，结合仿真技术进行项目式教学，可以提高学生的实际动手能力，提高学习及实验效率，有助于学生了解工程实际。通过来自于学生的反馈信息也表明，学生普遍认为课程实验内容更加贴近工程实践，编程能力有较大提升。